chuong1 Tổng quan về hệ thống vi ba số

1

Chơng 1

Tổng quan về hệ thống vi ba số
Giới thiệu chơng
Chơng này trình bày tổng quan về các vấn đề sau:
+ Khái niệm và đặc điểm chung của các hệ thống vi ba số
+ Phân loại các hệ thống Vi ba số
+ Các u, nhợc điểm của hệ thống Vi ba số
+ Các mạng Vi ba số điểm-điểm và điểm-nhiều điểm
+ Điều chế và giải điều chế
+ Phơng pháp giảm độ rộng băng tần truyền trong hệ thống Vi ba số
+ Các mã truyền dẫn phổ biến trong hệ thống
1.1 đặc điểm
Thông tin vi ba số là một trong 3 phơng tiện thông tin phổ biến hiện nay (bên
cạnh thông tin vệ tin và thông tin quang). Hệ thống vi ba số sử dụng sóng vô tuyến
và biến đổi các đặc tính của sóng mang vô tuyến bằng những biến đổi gián đoạn và
truyền trong không trung. Sóng mang vô tuyến đợc truyền đi có tính định hớng rất
cao nhờ các anten định hớng.
Hệ thống Vi ba số là hệ thống thông tin vô tuyến số đợc sử dụng trong các đờng
truyền dẫn số giữa các phần tử khác nhau của mạng vô tuyến. Hệ thống Vi ba số có
thể đợc sử dụng làm:
+ Các đờng trung kế số nối giữa các tổng đài số.
+ Các đờng truyền dẫn nối tổng đài chính đến các tổng đài vệ tinh.
+ Các đờng truyền dẫn nối các thuê bao với các tổng đài chính hoặc các tổng đài vệ
tinh.
+ Các bộ tập trung thuê bao vô tuyến.
+ Các đờng truyền dẫn trong các hệ thống thông tin di động để kết nối các máy di
động với mạng viễn thông.
Các hệ thống truyền dẫn Vi ba số là các phần tử quan trọng của mạng viễn

thông, tầm quan trọng này ngày càng đợc khẳng định khi các công nghệ thông tin


2
vô tuyến mới nh thông tin di động đợc đa vào sử dụng rộng rãi trong mạng viễn
thông.
1.2 Mô hình hệ thống vi ba số
FDM

Codec
Thoại
Tương tự

ADC

Bộ
Ghép số

Máy Phát

Nguồn số
Đường truyền
FDM

Codec
Thoại
Tương tự

DAC

Bộ
Tách số

MáyThu

Nguồn số

Hình 1.1 Mô hình của hệ thống vi ba số tiêu biểu
Một hệ thống vi ba số bao gồm một loạt các khối xử lý tín hiệu. Các khối này
có thể đợc phân loại theo các mục sau đây:
+ Biến đổi tín hiệu tơng tự thành tín hiệu số
+ Tập hợp các tín hiệu số từ các nguồn khác nhau thành tín hiệu băng tần gốc
+ Xử lý tín hiệu băng gốc để truyền trên kênh thông tin
+ Truyền tín hiệu băng gốc trên kênh thông tin
+ Thu tín hiệu băng gốc từ kênh thông tin
+ Xử lý tín hiệu băng gốc thu đợc để phân thành các nguồn khác nhau tơng ứng
+ Biến đổi tín hiệu số thành các tín hiệu tơng tự tơng ứng
- Biến đổi ADC và DAC có thể đợc thực hiện bằng một trong các phơng pháp sau
đây: Điều và giải điều xung mã (PCM); xung mã Logarit (Log(PCM)); xung mã vi
sai (DPCM); xung mã vi sai tự thích nghi (ADPCM); Điều và giải điều delta (DM);
Delta tự thích nghi (ADM).
- Tập hợp các tín hiệu số từ các nguồn khác nhau thành tín hiệu băng gốc và phân
chia tín hiệu số từ tín hiệu băng gốc đợc thực hiện nhờ quá trình ghép-tách. Có hai
hệ thống ghép-tách chủ yếu: theo thời gian TDM và theo tần số FDM. Trong FDM


3
có các tập hợp nhóm, siêu nhóm, chủ nhóm hoặc 16 siêu nhóm. FDM của các kênh
âm tần thờng cần thiết giao tiếp với hệ thống truyền dẫn số (nhờ các bộ Codec)
- Việc xử lý tín hiệu băng gốc thành dạng sóng vô tuyến thích hợp để truyền trên

kênh thông tin phụ thuộc vào môi trờng truyền dẫn vì mỗi môi trờng truyền dẫn có
đặc tính và hạn chế riêng. Việc xác định sơ đồ điều chế và giải điều chế thích hợp
yêu cầu độ nhạy của thiết bị tơng ứng với tỉ lệ lỗi bit BER cho trớc ở tốc độ truyền
dẫn nhất định, phụ thuộc vào độ phức tạp cũng nh giá thành của thiết bị.

Giao tiếp
nhánh

Xử lý

Điều chế

băng tần
gốc

Chuyển đổi
tần số
Dao động
nội



1.3 Phân loại

ghép kênh

Xử lý số

Giải
điều chế

Chuyển đổi
tần số
Dao động
nội

Bộ lọc
nhánh

LO

Tách và
Kênh
nghiệp vụ

Khuếch đại
công suất

LO

Khuếch đại
âm thấp

Xử lý tương tự

Hình 1.2 Sơ đồ khối thiết bị thu phát vi ba số

Phụ thuộc vào tốc độ bít của tín hiệu PCM cần truyền, các thiết bị vô tuyến phải
đợc thiết kế, cấu tạo phù hợp để có khả năng truyền dẫn các tín hiệu đó. Có thể phân
loại nh sau:

+ Vi ba số băng hẹp (tốc độ thấp): đợc dùng để truyền các tín hiệu có tốc độ
2Mbit/s, 4 Mbit/s và 8 Mbit/s, tơng ứng với dung lợng kênh thoại là 30 kênh, 60
kênh và 120 kênh. Tần số sóng vô tuyến (0,4 - 1,5)GHz.
+ Vi ba số băng trung bình (tốc độ trung bình): đợc dùng để truyền các tín hiệu có
tốc độ từ (8-34) Mbit/s, tơng ứng với dung lợng kênh thoại là 120 đến 480 kênh. Tần
số sóng vô tuyến (2 - 6)GHz.
+ Vi ba số băng rộng (tốc độ cao): đợc dùng để truyền các tín hiệu có tốc độ từ (34140) Mbit/s, tơng ứng với dung lợng kênh thoại là 480 đến 1920 kênh. Tần số sóng
vô tuyến 4, 6, 8, 12GHz.


4
1.4 Một số u điểm của hệ thống vi ba số
1. Nhờ các phơng thức mã hoá và ghép kênh theo thời gian dùng các vi mạch tích
hợp cỡ lớn nên thông tin xuất phát từ các nguồn khác nhau nh điện thoại, máy tính,
facsimile, telex,video... đợc tổng hợp thành luồng bit số liệu tốc độ cao để truyền
trên cùng một sóng mang vô tuyến.
2. Nhờ sử dụng các bộ lặp tái sinh luồng số liệu nên tránh đợc nhiễu tích luỹ trong
hệ thống số. Việc tái sinh này có thể đợc tiến hành ở tốc độ bit cao nhất của băng
tần gốc mà không cần đa xuống tốc độ bit ban đầu.
3. Nhờ có tính chống nhiễu tốt, các hệ thống vi ba số có thể hoạt động tốt với tỉ số
sóng mang / nhiễu (C/N)>15dB. Trong khi đó hệ thống vi ba tơng tự yêu cầu (C/N)
lớn hơn nhiều (>30dB, theo khuyến nghị của CCIR). Điều này cho phép sử dụng lại
tần số đó bằng phơng pháp phân cực trực giao, tăng phổ hiệu dụng và dung lợng
kênh.
4. Cùng một dung lợng truyền dẫn, công suất phát cần thiết nhỏ hơn so với hệ thống
tơng tự làm giảm chi phí thiết bị, tăng độ tin cậy, tiết kiệm nguồn. Ngoài ra, công
suất phát nhỏ ít gây nhiễu cho các hệ thống khác.
1.5 Một số khuyết điểm của hệ thống vi ba số
1. Khi áp dụng hệ thống truyền dẫn số, phổ tần tín hiệu thoại rộng hơn so với hệ
thống tơng tự.

2. Khi các thông số đờng truyền dẫn nh trị số BER, S/N thay đổi không đạt giá trị
cho phép thì thông tin sẽ gián đoạn, khác với hệ thống tơng tự thông tin vẫn tồn tại
tuy chất lợng kém
3. Hệ thống này dễ bị ảnh hởng của méo phi tuyến do các đặc tính bão hoà, do các
linh kiện bán dẫn gây nên, đặc tính này không xảy ra cho hệ thống tơng tự FM
Các vấn đề trên đã đợc khắc phục nhờ áp dụng các tiến bộ kỹ thuật mới nh
điều chế số nhiều mức, dùng thiết bị dự phòng (1+n) và sử dụng các mạch bảo vệ.
1.6 Các mạng vi ba số
Thờng các mạng vi ba số đợc nối cùng với các trạm chuyển mạch nh là một bộ
phận của mạng trung kế quốc gia hoặc trung kế riêng, hoặc là nối các tuyến nhánh
xuất phát từ trung tâm thu thập thông tin khác nhau đến trạm chính. (ứng dụng trong
các trung tâm chuyển mạch hoặc tổ chức các mạng Internet)


5
1.6.1 Vi ba số điểm nối điểm
Mạng vi ba số điểm nối điểm hiện nay đợc sử dụng phổ biến. Trong các mạng
đờng dài thờng dùng cáp sợi quang còn các mạng quy mô nhỏ hơn nh từ tỉnh đến
các huyện hoặc các ngành kinh tế khác ngời ta thờng sử dụng cấu hình vi ba số
điểm-điểm dung lợng trung bình hoặc cao nhằm thoả mãn nhu cầu của các thông
tin và đặc biệt là dịch vụ truyền số liệu. Ngoài ra, trong một số trờng hợp vi ba dung
lợng thấp là giải pháp hấp dẫn để cung cấp trung kế cho các mạng nội hạt, mạng
thông tin di động.



RX/TX

RX/TX

MUX/
DEMUX

MUX/
DEMUX







Hình 1.3 Mô hình của hệ thống vi ba số điểm nối điểm tiêu biểu.
1.6.2 Vi ba số điểm nối đến nhiều điểm
Mạng vi ba số này ngày càng trở thành phổ biến, nó bao gồm một trạm trung
tâm phát thông tin trên một an ten đẳng hớng phục vụ cho một số trạm ngoại vi bao
quanh. Nếu các trạm ngoại vi này nằm trong phạm vi (bán kính) truyền dẫn cho
phép thì không cần dùng các trạm lặp, nếu khoảng cách xa hơn thì sẽ sử dụng các
trạm lặp để đa tín hiệu đến các trạm ngoại vi. Từ đây, thông tin sẽ đợc truyễn đến
các thuê bao. Thiết bị vi ba trạm ngoại vi có thể đặt ngoài trời, trên cột.v.v... mỗi
trạm ngoại vi có thể đợc lắp đặt thiết bị cho nhiều trung kế. Khi mật độ cao có thể
bổ sung thêm thiết bị; đợc thiết kế để hoạt động trong các băng tần 1,5GHz -1,8GHz
và 2,4GHz sử dụng một sóng mang cho hệ thống hoàn chỉnh.
Hiện nay các hệ thống điểm nối đến đa điểm 19GHz đã đợc chế tạo và lắp
đặt ở Châu Âu để cung cấp các dịch vụ số liệu (Kbit/s) Internet trong mạng nội hạt
khoảng cách 10Km. Trạm trung tâm phát tốc độ bit khoảng 8,2Mb/s và mỗi trạm
sử dụng kỹ thuật TDMA.


6

Súng vi ba

Súng vi ba
Súng vi ba

Trạm ngoại vi 3
RX/TX


RX/TX

MUX/
DEMUX

MUX/
DEMUX


Trạm trung tâm

Trạm ngoại vi 1




MW

TX/RX
RX/TX



Trạm ngoại vi 2

MUX/
DEMUX

Trung kế

Nội hạt

Hình 1.3 Mô hình của hệ thống vi ba số điểm nối điểm tiêu biểu.
1.7 Điều chế và giảI Điều chế số
1.7.1 Điều chế số
Điều chế số là phơng thức điều chế đối với tín hiệu số mà trong đó 1 hay nhiều
thông số của sóng mang đợc thay đổi theo sóng điều chế. Hay nói cách khác, đó là
quá trình gắn tin tức (sóng điều chế) vào một dao động cao tần (sóng mang) nhờ
biến đổi 1 hay nhiều hơn 1 thông số nào đó của dao động cao tần theo tin tức. Thông
qua quá trình điều chế số, tin tức ở vùng tần số thấp sẽ đợc chuyển lên vùng tần số
cao để có thể truyền đi xa.
Máy phát

Máy thu

Bộ điều chế

Bộ giải điều chế

Tín hiệu băng
tần gốc
Sóng mang

Tín hiệu băng tần
vô tuyến

Tín hiệu băng
tần gốc

Hình 1.4 Sơ đồ mô tả quá trình điều chế và giải điều chế số.
Giả sử có 1 sóng mang hình sin nh sau:
f 0 (t ) = A. cos( 0 t + )

(1.1)


7
Trong đó:
+ A : biên độ của sóng mang
+ o = 2fo : tần số góc của sóng mang
+ fo : tần số của sóng mang
+ (t) : pha của sóng mang
Tuỳ theo tham số đợc sử dụng để mang tin: có thể là biên độ A, tần số fo, pha
(t) hay tổ hợp giữa chúng mà ta có các kiểu điều chế khác nhau:
+Điều chế khóa dịch biên độ ASK (Amplitude Shift Keying): Sóng điều
biên đợc tạo ra bằng cách thay đổi biên độ của sóng mang theo biên độ tín hiệu
băng gốc.
+Điều chế khóa dịch tần số FSK (Frequency Shift Keying): Sóng điều tần đợc tạo ra bằng cách thay đổi tần số sóng mang theo biên độ tín hiệu băng gốc.

+Điều chế khóa dịch pha PSK (Phase Shift Keying): : Sóng điều pha đợc tạo
ra bằng cách thay đổi pha sóng mang theo biên độ tín hiệu băng gốc.
+Điều chế biên độ và pha kết hợp hay điều chế cầu phơng QAM
(Quadrature Amplitude Modulation).
1.7.2 Giải điều chế số
Giải điều chế là quá trình ngợc lại với quá trình điều chế, trong quá trình
thu đợc có một trong những tham số: biên độ, tần số, pha của tín hiệu sóng mang đợc biến đổi theo tín hiệu điều chế và tuỳ theo phơng thức điều chế mà ta có các phơng thức giải điều chế thích hợp để lấy lại thông tin cần thiết.
1.7.3 Các phơng thức điều chế và giải điều chế
Hiện nay hầu hết các thiết bị vi ba số đều sử dụng phơng pháp điều chế pha
(PSK) và điều chế cầu phơng (QAM), do vậy chơng này tập trung trình bày về hai
loại điều chế liên quan đến PSK và QAM.
1.7.3.1 Phơng thức điều chế PSK
Cơ sở toán học
PSK là phơng thức điều chế mà pha của tín hiệu sóng mang cao tần biến đổi
theo tín hiệu băng tần gốc.
Giả sử tín hiệu sóng mang đợc biểu diễn: f 0 (t ) = cos( 0 t + )


8
Biểu thức tín hiệu băng gốc: s(t) là tín hiệu ở dạng nhị phân (0,1) hay là một
dãy NRZ (Non-Return Zero).
Khi đó, tín hiệu điều pha PSK có dạng: P(t ) = cos{ 0 t + + [ s (t ). ] / 2}
(1.2)
Trong đó: = 2/n là sự sai pha giữa các pha lân cận của tín hiệu.
Biễu diễn tín hiệu theo kiểu cầu phơng:
P (t ) = cos{ 0 t + + [ s (t ). ] / 2}
= cos{[ s (t ). ] / 2}. cos( 0 t + ) sin{[ s (t ). ] / 2}. sin( 0 t + )
a (t ) = cos{[ s (t ). ] / 2}
b(t ) = sin{[ s (t ). ] / 2}

Đặt

P (t ) = a (t ). cos( 0 t + ) + b(t ). sin( 0 t + )

(1.3)

Vậy, tín hiệu điều pha là tổng của hai tín hiệu điều biên vuông góc nhau.
1.7.3.1.1 Điều chế pha 2 mức 2-PSK
Từ biểu thức (1.2), với n = 2, = thì ta có kiểu điều chế 2-PSK hay còn gọi
là PSK nhị phân BPSK. Tín hiệu 2-PSK có dạng:

P (t ) = cos{ 0 t + + s(t ). }
2
Sóng mang

(1.4)

1
t

0
-1
Xung vào
1
0

t

-1
Dạng sóng

đã điều chế 1
t

0
-1

Hình 1.5 Tín hiệu 2PSK
Điều chế


9
Tín hiệu băng gốc s(t) là xung NRZ lỡng cực và sơ đồ điều chế này sử dụng
một trong hai pha lệch nhau 180o và đợc gọi là PSK nhị phân (BPSK).
+Với các bit 1: P1 (t ) = cos{ 0 t + +


}
2

+Với các bit -1: P 1 (t ) = cos{ 0 t +


}
2

Nh vậy, biên độ của của tín hiệu BPSK không đổi trong quá trình truyền dẫn,
nhng bị chuyển đổi trạng thái.
sinot

-1

1

cosot

Hình 1.6. Biểu đồ vector BPSK,
Giải điều chế
Tín hiệu 2-PSK đợc tổng hợp với sóng mang chuẩn thông qua bộ lọc thông
thấp để loại bỏ thành phần hài bậc cao cho ta thu đợc tín hiệu ban đầu.
BPSK

LPF

s(t)

Sóng mang chuẩn

Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lý giải điều chế tín hiệu 2-PSK.
Pha của tín hiệu sóng mang chuẩn bằng với pha của tín hiệu thu nhận đợc, nên
nếu tín hiệu thu là:
P(t ) =

2 . cos( 0 t

thì tín hiệu chuẩn là:


)=
2

2 .s(t ). sin 0 t

với s(t) = 1

(1.5)

2 . sin 0 t và tín hiệu giải điều chế là: s(t).

1.7.3.1.2 Điều chế pha 4 trạng thái 4-PSK
Từ biểu thức (1.2), với n = 4, = /2 thì ta có kiểu điều chế 4-PSK hay PSK
cầu phơng (QPSK). Tín hiệu 4-PSK có dạng:

P (t ) = cos{ 0 t + + s(t ). }
4

(1.6)


10
Tín hiệu băng gốc s(t) là xung NRZ lỡng cực nhận 4 giá trị.
Điều chế
Sơ đồ nguyên lý bộ điều chế 4-PSK sử dụng một trong 4 pha lệch nhau 90 o, đợc gọi là 4-PSK hay PSK cầu phơng (QPSK).
b(t) = 1

Bộ quay
pha 90o

s(t)

P(t)

SPC
a(t) = 1

Sóng mang chuẩn f0(t) = cos0t

Hình 1.8. Sơ đồ nguyên lý điều chế tín hiệu QPSK.
Tín hiệu băng gốc đợc đa vào bộ biến đổi nối tiếp thành song song, đầu ra đợc
hai luồng số liệu có tốc độ bit giảm đi một nửa, đồng thời biến đổi tín hiệu đơn cực
thành tín hiệu 1. Hai sóng mang đa tới hai bộ trộn làm lệch pha nhau 90 o. Tổng
hợp tín hiệu đầu ra 2 bộ trộn ta đợc tín hiệu 4-PSK. Tín hiệu ra ở 2 bộ trộn:
M 1 (t ) = a(t ). cos 0 t

M 2 (t ) = b(t ). sin 0 t

với a(t) = 1, b(t) = 1.

Tín hiệu ra 4-PSK là: P(t ) = a(t ). cos 0 .t + b(t ). sin 0 t

(1.7)

a(t)
1
0

t

-1
-1-1

1-1

b(t)
1
0

t
-11

-1
P(t)

11

Hình 1.10 Biểu đồ vector
của điều chế QPSK

1
0

t

-1

Hình 1.9 Tín hiệu 4PSK


11
Giải điều chế
LPF

P(t)

Bộ quay
pha 90o

Mạch
Logic
LPF

Sóng mang chuẩn f0(t) = cos0t

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý giải điều chế pha 4-PSK.
2 . cos[ 0 t +

Giả sử tín hiệu thu đợc là: P(t ) =


+ (t )]
4

= a(t ). cos 0 t + b(t ). sin 0 t

Với (t) = n/2; n = 0,1,2,3. Và a(t) = 1, b(t) = 1.
Hai tín hiệu chuẩn vào bộ trộn:
Pref 1 (t ) =

2 . cos( 0 t +

n
)

2

Pref 2 (t ) =

2 . sin( 0 t +

n
)
2

Tín hiệu sau khi qua các bộ lọc:
PLPF 1 (t ) = cos[ (t ) +

a (t )
n
1

]=
=
4 2
2
2

(1.8.a)

PLPF 2 (t ) = sin[ (t ) +

b(t )

n

1

]=
=
4
2
2
2

(1.8.b)

1.7.3.1.3 Điều chế pha 8 trạng thái 8-PSK
Từ biểu thức (1.2), với n = 8, = /4 thì ta có sóng điều chế 8-PSK. Tín hiệu
8-PSK có dạng:


P (t ) = cos[ 0 t + + s (t ). ]
8

(1.9)

Tín hiệu băng gốc s(t) nhận 8 giá trị.
Điều chế
Bộ điều chế 8-PSK là sự kết hợp tín hiệu của 2 bộ điều chế 4-PSK. Sóng mang
của 2 bộ điều chế cos một sự sai pha 45 o. Một bộ mã hoá biến đổi tín hiệu đợc tạo ra
từ tín hiệu băng gốc s(t) sau khi đi qua bộ SPC thành các tín hiệu điều chế.


12
Tæng hîp c¸c tÝn hiÖu ra cña hai bé ®iÒu chÕ 4-PSK ta ®îc tÝn hiÖu 8-PSK.

A
90o

s(t)

B
TÝn hiÖu
8-PSK

D

SPC

90o

Codec
45o
C
Sãng mang
chuÈn

H×nh 1.12. S¬ ®å nguyªn lý ®iÒu chÕ tÝn hiÖu 8-PSK.
BiÓu ®å vector cña ®iÒu chÕ pha 8 tr¹ng th¸i 8-PSK
011
001

010
110

000

111

100
101

H×nh 1.13 BiÓu ®å vector 8-PSK.
 Gi¶i ®iÒu chÕ
P(t)

LPF
LPF
LPF

M¹ch
Logic

LPF

135o

90o

45o

Sãng mang chuÈn Pref

H×nh 1.14. S¬ ®å nguyªn lý gi¶i ®iÒu chÕ tÝn hiÖu 8-PSK.

13
Giả sử tín hiệu thu đợc là: P(t ) =

2 . cos[ 0 t +


+ (t )]
8

= a(t ). cos 0 t + b(t ). sin 0 t

Với (t) = n/2; n = 0,1,2,...,7. Và a(t) = 1, b(t) = 1.
Tín hiệu chuẩn vào bộ trộn:
Pref 1 (t ) =

2 . cos( 0 t + R ) , với: R (t ) =

n 2
8

Tín hiệu đẫ đợc giải điều chế sau khi qua các bộ lọc thông thấp :
PLPF 1 (t ) = cos[ (t ) +


3
R
]
8
4

(1.10.a)

PLPF 2 (t ) = cos[ (t ) +


2
R
]
8
4

(1.10.b)

PLPF 3 (t ) = cos[ (t ) +



R ]
8
4

(1.10.c)

PLPF 4 (t ) = cos[ (t ) +


R]
8

(1.10.d)

Sau bộ lọc thông thấp là các bộ so sánh nhằm xác định 4 tín hiệu nhị phân. Các
mạch logic tạo ra 3 tín hiệu nhị phân từ 4 đờng vào bằng các xử lý logic thích hợp.
Nhận xét:
+Khi số pha tăng lên thì tốc độ bit giảm, điều này sẽ làm giảm băng thông,
tiết kiệm đợc đờng truyền dẫn, cho phép truyền đợc nhiều kênh thông tin.
+Tuy nhiên, khi số pha tăng lên các tổ hợp bit sẽ càng gần nhau hơn, nghĩa
là tăng khả năng mắc lỗi của hệ thống.
Do vậy, trong thông tin số tốc độ cao số trạng thái pha nhiều, để giảm khả
năng mắc lỗi có thể sử dụng phơng pháp điều chế biên độ cầu phơng QAM.
1.7.3.2. Điều chế biên độ cầu phơng QAM
Điều chế biên độ cầu phơng QAM là phơng pháp điều chế kết hợp giữa điều
chế biên độ ASK và điều chế pha PSK. Trong phơng thức điều chế này, ta thực hiện
điều chế biên độ nhiều mức 2 sóng mang mà 2 sóng mang này đợc dịch pha 1 góc
90o. Tín hiệu tổng của 2 sóng mang này có dạng vừa điều biên vừa điều pha:
Q1 (t ) = a (t ). cos[ o .t + 1 (t )] và Q2 (t ) = b(t ). sin[ o .t + 2 (t )]

Tín hiệu s(t) là tổng của 2 thành phần ss(t) và sc(t) và đợc biểu diễn nh sau:


14
Q(t ) = Q1 (t ) + Q 2 (t ) = a (t ). cos[ o t + 1 (t )] + b(t ). sin[ o t + 2 (t )] (1.11)

Nhờ có biên độ thay đổi mà các trạng thái pha của sóng mang đã cách xa
nhau, do vậy khả năng mắc lỗi sẽ giảm, đây cũng chính là u điểm của QAM.
Điều chế
2/L

LPF

s(t)

Bộ quay
pha 90o

SPC
2/L

Tín hiệu
M-QAM

LPF
Sóng mang

Hình 1.15. Sơ đồ nguyên lý điều chế tín hiệu M-QAM.
Bộ chuyển đổi SPC chuyển đổi tín hiệu điều chế vào thành 2 chuỗi tín hiệu
NRZ song song. Bộ biến đổi 2/L có chức năng chuyển đổi chuỗi NRZ thành chuỗi
tín hiệu có L =

M mức. Với L = 4 thì M = 16, ta có điều chế 16-QAM, và với L =

8 thì M = 64, ta có điều chế 64-QAM.

Hình 1.16. Biểu đồ không gian tín hiệu 16QAM

L2 - QAM
Các
mức

Các mức

Hình 1.17. Biểu đồ không gian tín hiệu QAM nhiều trạng thái.


15
Giải điều chế
Tín hiệu M-QAM vào: Q(t ) = a(t ). cos 0 t + b(t ). sin 0 t
Tín hiệu chuẩn: Qref 1 (t ) = 2. cos 0 t và Qref 2 (t ) = 2. sin 0 t
Sau khi loại bỏ thành phần hài bậc cao ở các bộ lọc thông thấp ta sẽ có:
QLPF 1 (t ) = a (t ) và QLPF 2 (t ) = b(t )

LPF
Q(t)

ADC
s(t)

Bộ quay
pha 90o
PSC
LPF

ADC

Sóng mang chuẩn

Hình 1.18. Sơ đồ nguyên lý giải điều chế M-QAM.
Biên độ của tín hiệu giải điều chế có L =

M mức, trong đó M là số trạng thái

tín hiệu. Tín hiệu L mức đợc biến đổi bởi bộ biến đổi ADC thành n/2 tín hiệu 2 mức,
trong đó L = 2n/2 và M = L2. Với 16-QAM thì n = 4, L = 4 và với 64-QAM thì n = 6,
L = 8. Từ n tín hiệu này, bộ biến đổi PSC sẽ tạo nên tín hiệu giải điều chế.
1.8 Giảm độ rộng băng tần truyền bằng phơng pháp điều chế
nhiều mức.
Theo định lý Nyquist: Độ rộng băng tần của kênh truyền( B ) (kênh thông
r
2

thấp) phải lớn hơn hoặc bằng tốc độ ký hiệu chia 2 ( S ) để không có hiện tợng giao

thoa giữa các ký hiệu.
Trong hệ thống PCM,

B

rS
2

(1.12)

rS = f S b

(1.13)

f S , b : lần lợt là tần số lấy mẫu, số bit trong từ mã.

Thay (1.23) vào (1.22) ta đợc biểu thức về độ rộng băng tần cần thiết của kênh
truyền để tránh hiện tợng giao thoa giữa các ký hiệu nh sau:

B

rS
f b
= S
2
2

(1.14)


16
Giả sử ta sử dụng phơng pháp điều chế pha M trạng thái. Lúc đó tốc độ ký hiệu
giảm log 2 M lần. Do đó, độ rộng băng tần cần thiết của kênh truyền cũng giảm
log 2 M lần so với điều chế nhị phân hai mứcnh biểu thức:
B

fSb
2 log 2 M

(1.15)

Ví dụ: Mã hoá PCM một kênh thoại f S = 8KHz với số bit trong từ mã: b = 8bit thì
băng tần tối thiểu là: Bmin =

rS
f b 8.8
= S =
= 32KHz. Trong khi đó, phơng pháp
2

2
2

truyền dẫn tín hiệu tơng tự yêu cầu băng tần thoại 3,1KHz (0,3-3,4) KHz. Suy ra,
phơng pháp truyền dẫn tín hiệu số có băng tần xấp xĩ 10 lần so với phơng pháp tơng
tự. Nếu sử dụng phơng pháp điều chế 16-PSK có M=16 mức thì băng thông yêu cầu
giảm log 2 M = log 2 16 = 4 lần và tơng đơng 8 KHz.
1.9 Các mã truyền dẫn
Nếu cùng các số liệu đợc truyền đi liên tục, lỗi có thể phát sinh khi nhận
chúng. Vì thế việc phục hồi số liệu cực kỳ khó khăn . Do đó, các tín hiệu nhị phân từ
thiết bị ghép kênh đợc biến đổi thành các mã truyền dẫn để giảm lỗi tín hiệu trong
quá trình truyền.
Để đạt đợc điều đó, các mã truyền dẫn phải thoả mãn các yêu cầu sau đây:
+ Phải phối hợp đặc tính phổ của tín hiệu với đặc tính của kênh truyền.
+ Đảm bảo các dãy bit phải độc lập thống kê với nhau để giảm lợng trợt, giảm sự
phụ thuộc mẫu do các mẫu lặp gây ra.
+ Dễ dàng tách đợc xung đồng hồ và tái sinh tín hiệu
+ Đảm bảo độ d cần thiết để giám sát lỗi truyền dẫn và phát hiện đợc sự cố của thiết
bị.
+ Phải duy trì độ d thừa thông tin ở mức thấp có thể đợc để giảm tốc độ bít và giảm
độ rộng băng tần tín hiệu
+ Giảm thành phần một chiều của tín hiệu đến mức bằng 0.
+ Giảm các thành phần tần số thấp để giảm xuyên âm và kích thớc của bộ phận và
các linh kiện trong mạch. Tín hiệu nhị phân đơn cực có thành phần một chiều, có
chứa năng lợng lớn trong trong phổ tần thấp vì vậy không thích hợp cho việc truyền


17
dẫn. Trong thực tế ngời ta thờng sử dụng các mã lỡng cực chẳng hạn nh mã truyền
dẫn HDB3 (mã nhị phân mật độ cao có cực đại 3 số 0 liên tiếp), CMI...

1.9.1 Các mã đờng truyền
Trong hệ thống truyền dẫn thông tin Vi ba thờng sử dụng các loại mã HDB3,
CMI, và do vậy ta chỉ xem xét 2 loại mã này.
Mã HDBN (High Density Binary with maximum of 3 consecutive
Zeros)
Mã HDBN là mã lỡng cực mật độ cao có cực đại N số 0, đây là loại mã cải tiến
của mã AMI thực hiện việc thay thế N+1 số 0 liên tiếp bằng N+1 xung nhịp chứa
xung phạm luật V và xung phạm luật này sẽ ở tại bit thứ N+1 của các mã số 0 liên
tục.
Với loại mã HDBN này thì dạng HDB3 thờng đợc sử dụng trong hệ thống
truyền đẫn thông tin vi ba số.
Mã HDB3
Mã HDB3 là mã lỡng cực mật độ cao có cực đại là 3 số 0 liên tiếp.
Quy tắc mã hoá:
+Mức logic 1 đợc mã hoá theo mức lỡng cực.
+Mức logic 0 đợc mã hoá theo trạng thái 0 thông thờng.
+Đối với dãy 4 số 0 liên tiếp thì đợc mã hoá theo một trong 2 trờng hợp sau:
OOOV hoặc BOOV sao cho số bit B giữa 2 bit V là lẻ.
Giá trị
nhị phân

1

0

0

0

0

1

1

0

0

0

0

0

t

Quy luật
mã hoá

B

0

0

0

V

B

B

B

0

0

V

0

t

Tín hiệu
HDB3

+V

t

0
-V

Hình 1.19. Dạng sóng HDB3.
Mã này khá thông dụng và ITU-T khuyến nghị sử dụng ở tốc độ bit
2,048Mbps; 8,448Mbps; 34,368Mbps theo tiêu chuẩn châu Âu (khuyến nghị G703).

18
Mã CMI (Code Mark Inversion)
Mã CMI là mã đảo dấu mã, đây chính là loại NRZ 2 mức.
Quy tắc mã hoá:
+Mức logic 0 đợc mã hoá thành các sóng vuông dơng - âm hoặc âm - dơng
nhng mỗi mức chỉ chiếm 1 khoảng thời gian T/2.
+Mức logic 1 đợc mã hoá thành các sóng vuông dơng - dơng hoặc âm - âm
nhng mỗi mức chỉ chiếm 1 khoảng thời gian T theo luật luân phiên.
Mã CMI đợc ITU-T khuyến nghị sử dụng ở tốc độ bit 140Mbps theo tiêu
chuẩn châu Âu (khuyến nghị G-703).
Ngoài ra, còn nhiều mã khác nh: mã Wal1, mã Wal2, mã Manchester, mã
chuỗi, mã 5B6B,... tuy nhiên chúng không đợc sử dụng thông dụng.
Theo khuyến nghị G703 về các giao tiếp của CCITT cho chi tiết trở kháng,
loại đôi dây dẫn mức tín hiệu dạng khung, tải khung phân bố cũng nh mã truyền dẫn
ở những tốc độ bit khác nhau dùng cho hệ Châu Âu.
Bảng 1.2 Mã truyền dẫn dùng trong vi ba số
Tốc độ bit (Mb/s)
Loại cáp
Trở kháng()
Mã đờng
Dạng xung chuẩn

2.048
S/C
120/75
HDB3
Vuông

S: cáp đối xứng. C: Cáp đồng trục.

8.448
C
75
HDB3
Vuông

34.368
C
75
HDB3
Vuông

139.246
C
75
CMI
Vuông